広範囲顎骨欠損に対するメカノバイオロジー最適化スキャフォールドの開発

• Project/Area Number: 21K17097
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 宮下 英高 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (20445290)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: スキャフォールド / メカノバイオロジー / 顎骨再建

Outline of Research at the Start

広範囲顎骨欠損に対する再建治療は未だ多くのメディカルアンメットニーズが存在し、自家骨移植に代わる低侵襲かつ標準化された個別化医療システムの開発が望まれている。本研究では、スキャフォールドに使用される材料の性質やそれらを3次元造形した後の物性が細胞挙動および骨再生に与える影響を検証し、カスタムメイドスキャフォールドを用いた新規顎骨再建法の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

広範囲顎骨欠損に対する再建治療は未だ多くのメディカルアンメットニーズが存在する。これらの広範囲顎骨欠損に対する再建治療には自家骨を用いることが未だにゴールドスタンダードとされるが、患者負担軽減の観点より、人工材料を使用した新規治療法の開発が望まれている。近年、足場材の物性が細胞分化に影響を及ぼすことが示され、物理的刺激の生体における感知・伝達・応答機構が解明されつつあるが、再生医療に用いられる多孔質スキャフォールドにおけるそれらの役割については余り知られていない。そこで本研究では、スキャフォールドに使用される材料の性質やそれらを3次元造形した後の物性が、細胞挙動および骨再生に与える影響を検証することを計画した。
2021～2022年度は、実験可能なスキャフォールドの基本構造を解析するため、材質、気孔径、および支柱径などの条件検討を実施した。スキャフォールドの基盤材料としては、polycaprolactone (PCL) を設定し、実際にスキャフォールドとして造形可能な条件を検討した。その後、作製したスキャフォールドに対しメカニカルストレスを与えるための機器の条件検討を実施した。具体的には、スキャフォールドに対し、長軸方向に再現性高く圧縮刺激を与えられるようなチャンバーを調整し、特殊シリコン製チャンバーを作製した。2023年度については、作製したスキャフォールド上でMC3T3-E1を培養し、適切な培養条件やメカニカルストレスを加えるプロトコールについて検証を実施し、実験系の基盤部分を確認することができた。今後も、スキャフォールドに対する細胞の生着率や細胞分布について、さらなる検証を進めていく予定である。